컴퓨터 구조

컴퓨터 구조IT CookBook 컴퓨터 구조와 원리 20

234

컴퓨터의 하드웨어 구성 장치와 소프트웨어의 개념을 이해한다

컴퓨터의 세대별 발전을 알아본다

컴퓨터의 처리 성능과 규모에 따른 분류를 공부한다

정보를 표현하는 진법을 공부한다

학습목표

334

컴퓨터 시스템의 구성요소 컴퓨터 구조의 발전과정 컴퓨터의 분류 컴퓨터의 정보의 표현과 저장

목 차

434

01 컴퓨터 시스템의 구성 요소

컴퓨터 구성의 분류 하드웨어 (Hardware) 와 소프트웨어 (Software) 로 구분

bull 하드웨어는 컴퓨터의 기계적인 장치를 의미한다

bull 소프트웨어는 하드웨어의 동작을 제어하고 지시하는 모든 종류의 프로그램을 의미한다

534


하드웨어 컴퓨터의 하드웨어는 기능에 따라 중앙처리장치 기억장치

입력장치 출력장치로 분류

중앙처리장치 (CPU Central Processing Unit)bull 컴퓨터의 두뇌에 해당하는 장치다

bull 컴퓨터 시스템 전체를 제어하는 장치로서 입력장치에서 데이터를 입력 받아 처리한 후 출력장치와 기억장치로 데이터를 보낸다

634


중앙처리장치 산술 논리 연산장치bull (ALU Arithmetic Logic Unit)

bull CPU 의 핵심 요소로써 산술 연산 (Arithmetic Operation) 과 논리 연산 (Logic Operation) 을 수행하는 장치다 산술 연산은 주로 덧셈 뺄셈 곱셈 나눗셈 등의 사칙연산을 수행한다 논리 연산은 참과 거짓을 판결하는 연산으로 대표적으로 AND OR NOT X-OR

등의 연산을 수행한다

제어장치 (Control Device)bull CPU 내부에서 일어나는 모든 작업을 통제하고 관리한다

적절한 순서로 명령어를 인출하고 그 명령어를 해석한 결과에 따라 컴퓨터 시스템의 필요한 부분으로 제어신호를 전달한다

734


기억장치 (Memory Device)bull 기억장치는 내부 기억장치와 외부 기억장치로 나눌 수 있다 bull CPU 내의 레지스터와 캐시기억장치 주기억장치는 내부 기억장치에

속한다 bull 보조기억장치 ( 하드 디스크 플로피 디스크 CD-ROM DVD) 는

외부 기억장치에 해당함

834

기억장치 (Memory Device) 주기억장치 (Main Memory)

bull 컴퓨터 시스템에서 수행되고 있는 프로그램과 수행에 필요한 데이터를 기억하고 있는 장치다

bull CPU 에 접근 속도가 빠르며 많은 양의 데이터를 기억할 수 있다 bull RAM(Random Access Memory) 이 사용하고 있다


[CPU]

[RAM]

934


보조기억장치 (Secondary Memory)bull 외부 기억장치라고도 하며 반영구적으로 데이터를 저장하고 보존할 수 있다 bull 보조기억장치에 저장된 데이터는 중앙처리장치와 직접 정보를 교환할 수

없기 때문에 주기억장치로 옮겨진 후 처리된다 bull 주기억장치에 비해 가격은 저렴하고 저장 용량 또한 크지만 속도가 느리다는

단점이 있다

bull 자기 테이프 자기 디스크 자기 드럼 플로피 디스크 하드 디스크 CD-ROM DVD 플래시 메모리 광 디스크 등이 있다

1034


입력장치 (Input Device) 컴퓨터에서 처리할 데이터와 정보를 외부에서 입력해주는 역할을 수행

bull 처리하고자 하는 데이터를 제어장치의 명령에 따라 입력매체에서 읽어서 기억장치로 보낸다

1134


출력장치 (Output Device) 컴퓨터 내부에서 처리된 결과를 사용자가 보거나 들을 수 있도록

출력매체를 이용해서 내보냄

1234


소프트웨어 (Software) 컴퓨터 프로그램과 그와 관련된 문서들을 총칭하는 용어 정보들이 이동하는 방향과 정보처리의 종류를 지정하고 이러한 동작이

일어나는 시간을 지정하는 명령어의 집합 시스템 소프트웨어와 응용 소프트웨어로 분류 하드웨어가 발달하여 가격이 저렴해지고 교체가 잦아짐에 따라

소프트웨어의 중요성은 더욱 높아지고 있음bull 소프트웨어로 향상되는 생산성 바뀐 하드웨어에 적용할 수 있는

소프트웨어의 호환성 유지보수를 하는 것이 효율적인지 등의 요구 조건 중요하다

1334


소프트웨어의 분류 시스템 소프트웨어 (System Software)

bull 여러 컴퓨터 시스템에서 공통적으로 필요한 프로그램으로 사용자가 컴퓨터를 좀 더 효율적으로 사용하기 위해 만들었다

bull 컴퓨터 시스템을 제어하고 운영하는 프로그램이다 bull 운영체제 프로그램 (DOS UNIX Windows9x Window 2000 Windows

XP Window 7) 컴파일러 (C bullFORTRAN 컴파일러 등 ) 입출력 제어 프로그램 등이 있다

응용 소프트웨어 (Application Software) bull 시스템 소프트웨어를 기반으로 특정한 응용 분야에서 특수 목적을 위해

사용할 수 있는 프로그램bull 사무 자동화 프로그램 공학용 계산 프로그램 인터넷 웹 브라우저 그래픽

프로그램 등이 이에 속한다

1434

02 컴퓨터 구조의 발전 과정

컴퓨터의 발전 과정 수동식 계산기 수판 기계식 계산기

bull 파스칼라인 ndash 가감승제 계산기 ndash 차분기관과 분석기관 ndash 천공카드 도표 작성기

전기기계식 계산기 bull MARK1 종이 테이프에 천공된 프로그램 명령어들에 의하여 작동

제어되도록 설계되었다

전자식 계산기bull 아타나소프 - 베리 컴퓨터 (ABC computer)bull 순차적 방식과 2 진 법체계를 사용하는 진공관방식이다

1534

02 컴퓨터 구조의 발전과정

전자식 디지털 컴퓨터 ENIAC

bull 최초의 전자식 디지털 컴퓨터 (1946) 다 bull 전자적인 가산기를 연산용 기억장치로 사용한다 bull 컴퓨터 내부의 회로 소자로 진공관을 사용하였다 bull 프로그램을 작성하려면 컴퓨터 각 부분을 전선으로 연결해야 하고

프로그램의 수행을 위해서는 6000 여 개의 스위치를 조절해야 한다

내장 프로그램 방식 컴퓨터bull 1945 년 폰 노이만 (Von Neumann) 이 제안하였다 bull 컴퓨터에 기억장치를 설치하고 프로그램과 데이터를 함께 기억장치에

저장했다가 프로그램에 포함된 명령에 따라 자동으로 작업을 처리하는 방식이다

bull 오늘날 컴퓨터의 기본 사상이다 bull EDVAC(Electronic Discrete Variables Automatic Computer) 1952 년

미국에서 최초로 개발된 프로그램 내장 방식의 컴퓨터다

1634


전자식 디지털 컴퓨터 UNIVAC I(Universal Automatic Computer)

bull 이전의 특수 목적용이 아닌 최초의 순수 데이터 처리용이면 상업용 컴퓨터다

IBM 701

bull 1952 년에 CRT(cathode-ray-tube) 를 주기억장치로 하고 보조기억장치로서 자기 드럼과 자기 테이프를 채택하였다

bull 본격적인 상업용 컴퓨터 시대을 열었다

1734


컴퓨터의 세대별 발전

1834

03 컴퓨터의 분류

사용 목적에 따른 분류 전용 컴퓨터 (Special Purpose Computer)

bull 특정한 목적 위해 설계된 컴퓨터로 군사용이나 공장의 공정 제어용 등으로 한정된 목적으로 사용한다

범용 컴퓨터 (General Purpose Computer)

bull 여러 분야의 다양한 일을 처리할 수 있도록 설계 제작된 컴퓨터다

bull 다양한 응용 소프트웨어가 여러 분야의 다양한 일 처리를 가능하게 한다

사용 데이터에 따른 분류 디지털 컴퓨터

bull 모든 정보를 2 진수의 데이터로 부호화하여 사용한다

1934




bull 대부분의 컴퓨터가 디지털 컴퓨터 아날로그 컴퓨터보다 정밀도가 높은 편이다

아날로그 컴퓨터bull 아날로그 신호를 데이터로 이용하는 컴퓨터다

bull 신속한 입력과 즉각적인 반응을 얻을 수 있어 제어용 목적에 적합하다

하이브리드 컴퓨터bull 아날로그와 디지털의 장점을 취하여 제작한 것으로 어떤 종류의 데이터도

처리할 수 있는 컴퓨터다

2034


처리 능력에 따른 분류 중앙처리장치와 기억장치의 규모에 따른 분류

bull 마이크로 컴퓨터 (Microcomputer) PC 를 의미하며 가정용이나 작은 사업의 용도로 사용되는 소형의 컴퓨터다

bull 중형 컴퓨터 (Minicomputer) 대용량의 주기억장치와 보조기억장치 그리고 빠른 주변장치들을 가지고 있어 수십

명 또는 수백 병이 쓰기에 적합한 컴퓨터다 중소기업 학교 연구소들에서 주로 사용된다

bull 대형 컴퓨터 (Mainframe Computer) 대용량의 저장장치를 보유하여 다중 입출력 채널을 이용한 고속의 입출력 처리

능력을 보유한 컴퓨터다 공공 단체 대기업 은행 병원 대학 등으로 단말기를 연결시켜 온라인 업무나

분산 처리 업무에 이용된다 또한 대규모 데이터 베이스 저장 및 관리 용으로 사용한다

2134



bull 수퍼 컴퓨터 (Super Computer) 복잡한 계산을 초고속으로 처리하는 초대형 컴퓨터로 가장 빠르고 비싼 컴퓨터다 원자력 개발 항공우주 기상 예측 등의 분야에서 사용한다

2234


구조에 따른 분류 파이프라인 슈퍼 컴퓨터 (Pipeline Supercomputer)

bull 하나의 CPU 내에 다수의 연산장치를 포함하고 있는 컴퓨터다 bull 각 연산장치는 파이프 라이닝 구조를 이용하여 고속 벡터 계산이 가능하다

대규모 병렬 컴퓨터 (Massively Parallel Computer)bull 하나의 시스템 내에 상호 연결된 수백 혹은 수천 개 이상의 프로세스들을

포함한다 bull 프로세서들이 하나의 큰 작업을 나누어서 병렬로 처리하는 구조다

2334

04 컴퓨터 정보의 표현과 저장

컴퓨터에서 정보의 표현 컴퓨터에서는 데이터 1 비트를 기본으로 0 1 두 개의 숫자를

표시하는 2 진법을 사용함 비트 (Bit)

bull 2 진수에서 데이터를 표현하는 단위다

bull 2 진수의 조합은 2n 만큼의 조합을 가질 수 있고 n 은 비트의 수다

바이트 (byte)

bull 정보처리를 위해 사용되는 비트의 집합으로 8bit 를 1byte 로 규정한다

워드 (word)

bull 컴퓨터가 한 번에 처리할 수 있는 데이터의 양이다

bull 컴퓨터 종류에 따라 2 바이트 4 바이트 n 바이트 등으로 구성되며 일반적으로 32 비트 (4 바이트 ) 가 가장 많이 쓰이고 있다

2434


컴퓨터에서 정보의 표현 디지털 정보의 표현 단위

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수의 진법 10 진법 (Decimal Notation)

bull 인간이 사용하는 수의 체계로 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 의 열 가지의 기호를 이용하여 수를 표현한다

bull 각 자리에서 9 다음에 자리 올림이 발생한다 이때 자리 올림으로 생성된 각 자리의 단위는 10 의 지수 승 (10N) 이 된다

2 진법 (Binary notation)bull 컴퓨터에서 사용하는 수 체계로 0 과 1 만을 가지고 수를 표현한다 bull 각 자리에서 1 다음에 자리 올림이 발생한다 이때 자리올림으로 생성되는

각 자리의 단위는 2 의 지수 승 (2N) 이 된다 bull 다른 진법과 구별을 하기 위해서 첨자로 2 를 표시한다

2 진수 101 은 (101)2 로 표현

bull 2 의 지수 승 분해한다

(1101)2 = 1times23 + 1times22 + 0times21 + 1times20

2634


수의 진법 10 진수와 2 진수의 비교

2734


수의 진법 8 진법 (Octal notation)

bull 숫자들이 0 1 2 3 4 5 6 7 등 8 가지의 문자를 이용하여 구성한다 bull 각 자리에서 7 다음에 자리 올림이 발생한다 이때 자리올림으로 생성되는

각 자리의 단위는 8 의 지수 승 (8N) 이 된다 bull 8 진수의 표현은 8 의 아래 첨자를 이용해서 표현한다 예 (27)8

bull 8 의 지수 승으로 분해하면 다음과 같다 (27)8 = 2times81 + 7times80

2834


수의 진법 16 진법 (Hexadecimal Notation)

bull 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 와 A B C D E F 기호를 사용한다 bull 10 진법의 10~15까지의 수가 16 진법에서는 A B C D E F 로 표현bull 각 자리에서 15 다음에 자리 올림이 발생한다 이때 자리올림으로

생성되는 각 자리의 단위는 16 의 지수 승 (16N) 이 된다 bull 16 진수의 표현은 16 의 아래 첨자를 이용해서 표현한다 (12FF)16

bull 16 의 지수 승으로 분해 (12FF)16 = 1times163 + 2times162 + Ftimes161 + Ftimes160

2934


수의 진법 2 진수 10 진수 16 진수와의 관계

3034


진법 변환 10 진법과 2 진법 간의 변환

bull 각 진법에서 진수를 진법의 지수 승으로 표현하게 되면 M times B E

bull 가수 (significand) Mbull 10 진법에서는 0 ~ 9까지의 값 2 진법에서는 0 과 1 의 값bull 8 진법에서는 0 ~ 7까지의 값 6 진법에서는 0 ~ F까지의 값

bull 기수 (base) B bull 10 진법에서는 10 이 되며 2 진법에서는 2 가 된다 또한 8 진법에서는 8

이고 16 진법에서는 16 이 된다

bull 지수 (exponent) E 정수의 값

3134


진법 변환 10 진법과 2 진법 간의 변환 (1)

bull 2 진법에서 10 진법으로 변환한다 이진수를 2 의 지수 승으로 분해하고 그 합을 구하면 10 진수가 얻어진다

예 )

(11001011001)2

= 1times210 + 1times29 + 0times28 + 0times27 + 1times26 + 0times25 + 1times24 + 1times23 + 0times22 + 0times21 + 1times20

= 1024 + 512 + 64 + 16 + 8 + 1

= (1625)10

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10 진법에서 2 진법으로 변환bull 10n + 10n-1 + + 100 로 표현되는 수 체계가 2m + 2m-1 + + 21 + 20 로

표현되는 수 체계로 변환

bull 예 ) (1463)10 = 1times103 + 4times102 + 6times101 + 3times100 = Amtimes2m + Am-1times2m-1 + +

A1times21 + A0times20

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10 진법에서 2 진법으로 변환

bull (1463)10=1times210 + 0times29 + 1times28 + 1times27 + 0times26 + 1times25 + 1times24 + 0times23 + 1times22 + 1times21

+ 1times20

bull 결과적으로 화살표 방향으로 읽으면 2 진수 (10110110111)2 을 구할 수 있다

(1463)10 = (10110110111)2

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컴퓨터 구조

Slide 2

목 차


01 컴퓨터 시스템의 구성 요소 (2)











02 컴퓨터 구조의 발전과정 (2)



03 컴퓨터의 분류 (2)





04 컴퓨터 정보의 표현과 저장 (2)










Thank You

234

컴퓨터의 하드웨어 구성 장치와 소프트웨어의 개념을 이해한다

컴퓨터의 세대별 발전을 알아본다

컴퓨터의 처리 성능과 규모에 따른 분류를 공부한다

정보를 표현하는 진법을 공부한다

학습목표

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목 차

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[CPU]

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2 진수 101 은 (101)2 로 표현



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예 )

(11001011001)2


= 1024 + 512 + 64 + 16 + 8 + 1

= (1625)10

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(1463)10 = (10110110111)2


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2 진수 101 은 (101)2 로 표현



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예 )

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= 1024 + 512 + 64 + 16 + 8 + 1

= (1625)10

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2 진수 101 은 (101)2 로 표현



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2 진수 101 은 (101)2 로 표현



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예 )

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= 1024 + 512 + 64 + 16 + 8 + 1

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예 )

(11001011001)2


= 1024 + 512 + 64 + 16 + 8 + 1

= (1625)10

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예 )

(11001011001)2


= 1024 + 512 + 64 + 16 + 8 + 1

= (1625)10

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컴퓨터 구조

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컴퓨터 구조

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컴퓨터 구조

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